轉爐少渣冶煉工藝的實踐

孟義春（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鋼廠，山西長治046031）

轉爐少渣冶煉工藝的實踐

孟義春
（首鋼長治鋼鐵有限公司煉鋼廠，山西長治046031）

[摘要]為解決氧氣頂吹轉爐渣料、鋼鐵料消耗高，終點控制不穩定等問題，開發出一種轉爐少渣冶煉工藝技術。生產實踐表明，該工藝與常規單渣冶煉工藝相比，降低了生產成本，提高了脫磷效率，改善了鋼水的純凈度，為生產超純凈鋼奠定了基礎。

[關鍵詞]少渣冶煉；單渣冶煉；消耗；工藝；實踐

1　引言

目前國內鋼鐵企業面臨巨大的競爭壓力，如何降低生產成本，提高煉鋼效益是每個鋼鐵企業追求的目標。首鋼總公司經過研究，成功開發出了少渣冶煉工藝技術，該工藝因渣量少，氧的利用效率高，吹煉終點鋼水中氧含量低，余錳高，合金元素收得率較高，從而降低了生產成本；另外，少渣煉鋼工藝終點命中率高，改善了鋼水的純凈度，為生產超純凈鋼創造了條件[1]。

首鋼長鋼公司現有3座80 t氧氣頂吹轉爐，均采用常規單渣冶煉工藝，存在渣料消耗高、鋼鐵料消耗高、終點控制不穩定等問題。為了有效解決這些問題，進行少渣冶煉工業試驗，并取得成功，目前該工藝已在我公司進行推廣應用。

2　冶煉條件

我廠鐵水均由煉鐵廠供給，由于鐵水供應不均衡,鐵水成分變化頻繁,尤其Si含量的波動,直接導致轉爐渣量變化大,終點命中率低,限制生產節奏。入爐廢鋼按生鐵塊與廢鋼比為1:1搭配。鐵水條件及轉爐終渣成分如表1、表2所示。

表1　鐵水成分及裝入量

表2　終渣成分

3　工藝路線

上一爐出完鋼全留爐渣寅濺渣固化爐渣寅加廢鋼確認固化效果寅轉爐兌鐵寅轉爐脫磷寅倒出部分脫磷渣寅轉爐脫碳寅出鋼寅留渣寅濺渣固化爐渣寅加廢鋼確認固化效果寅轉爐兌鐵進行下一爐冶煉。工藝路線見圖1。

圖1　工藝路線圖

少渣冶煉工藝的特點是：將轉爐吹煉分為脫磷期和脫碳煉鋼兩個階段；在脫磷處理結束后，倒爐將部分高磷爐渣倒出，然后進行第二階段的脫碳吹煉；脫碳吹煉結束后出鋼，濺渣后爐渣保留在爐內，供下爐脫磷處理用，總渣量按8 t控制；為了防止下爐兌鐵水時發生噴濺，濺渣后加500 kg白云石，然后再加廢鋼前后搖爐，確保爐渣固化，要求煉鋼工確認爐渣完全固化（無液態渣）后再安排兌鐵水。

4　工藝技術

4.1爐渣固化

由于上一爐留渣量較大且液態爐渣中FetO含量較高（TFe逸15%），不固化爐渣直接兌鐵容易發生噴濺傷人事故；另外，常規濺渣護爐工藝，固化時間超過6 min，影響冶煉周期。為達到快速固化爐渣目的，采取以下措施：

（1）出鋼結束后立即開始濺渣護爐操作，將部分爐渣濺至爐襯表面直接固化；

（2）由于吹入大量氮氣，爐底液態渣溫度快速下降，大量高熔點相由液態渣中析出（3CaO·SiO2、2CaO·SiO2等），形成固態高熔點析出相與殘余“RO”液相共存的爐渣體系；

（3）濺渣結束后向爐內加入少量石灰，如爐渣MgO低于目標值，也可添加少量輕燒白云石，提高殘余液渣CaO、MgO含量而使其快速固化；

（4）加入石灰、白云石后，前后傾動轉爐使加入的石灰、白云石與殘余液態渣快速混合；

（5）固化確認后，加入廢鋼前后傾動轉爐使廢鋼進一步冷卻殘余液態渣，再次確認固化效果，直至完全固化。4.2高效脫磷

轉爐煉鋼過程，發生在鋼渣間的脫磷反應式見式（1），爐渣成分變化對渣鋼間磷分配系數的影響見式（2）。

由式（1）和式（2）可知，如何使鐵水磷與爐渣發生化學反應，穩定生產磷酸鈣是脫磷效率的關鍵。根據熱力學條件，影響脫磷效果的因素主要有渣量、堿度、渣中（FeO）含量及溫度。根據動力學條件，在渣鐵界面上，脫磷過程化學反應速率很大，過程主要受渣鐵間的傳質速率所控制[2]。

根據脫磷反應機理可知，控制高效脫磷的關鍵是采用低槍位、高供氧強度吹煉，通過加強頂吹氧氣流對熔池攪拌，促進熔池內部[P]向渣鐵界面傳輸；增加鐵礦石加入量和加入批次，在加強熔池攪拌的同時，使渣中含足夠FetO含量。

4.3快速倒渣

國內外學者對轉爐冶煉過程渣系及造渣實踐進行了大量研究[3-5],冶煉前期石灰在渣化過程中表面形成致密高熔點的2CaO·SiO2，阻礙石灰的進一步渣化。若渣中有足夠的FetO，可使2CaO·SiO2解體，其成分點移至液相區，有利于石灰渣化脫磷。爐渣流動性的控制決定了是否能快速倒出足量脫磷爐渣，為此必須做到：爐渣充分熔化，不含未溶石灰顆粒以及方鎂石（MgO）、2CaO·SiO2等高熔點析出相；控制爐渣組成使其具有較低粘度值；采用較低槍位，加強攪拌促進化渣；適當提高脫磷階段溫度。

脫磷結束為倒出足量脫磷渣，爐渣堿度根據上一爐所留脫碳渣量和堿度以及本爐鐵水硅含量控制，控制目標1.5耀2.0；MgO%含量5.0%耀8.0%，以保證渣的流動性；采用分段式槍位操作，前期低槍位時間延長，加強前期攪拌；爐渣TFe含量控制在15%耀18%；脫磷結束溫度控制范圍1 360耀1 400益；脫磷結束半鋼[P% ]臆0.060%。

5　生產實踐

5.1渣量及渣料消耗

通過對轉爐少渣冶煉工藝研究，確定各關鍵工藝技術參數，并組織進行試驗了35爐，每次連續循環5爐，平均每爐倒渣量及總渣量如圖2所示。

圖2　循環爐次倒渣量

由圖2可知，循環5爐的總渣量為32.29 t，平均每爐產生渣量為6.46 t，較單渣冶煉工藝產生渣量平均降低約23%。石灰消耗平均為20.40 kg/t，總渣料消耗平均為30.52 kg/t，較單渣冶煉工藝分別降低50%、44.5%。鋼鐵料消耗較單渣冶煉工藝降低約3.0 kg/t。5.2脫磷效率

轉爐脫磷期吹煉槍位采用低高低模式，吹煉270 s左右起槍，渣中TFe含量平均為15.85%，倒出足量前期脫磷渣，達到高效脫磷的目的。冶煉過程磷含量變化情況如圖3所示，可以看出，入爐鐵水w（P）平均為0.11%，半鋼w（P）平均為0.054%，終點鋼水w（P）為0.014%，前期脫磷率為50.20%，整個冶煉過程脫磷率為87.30%。

圖3　冶煉過程w(P)變化情況

圖4　前期脫磷率與半鋼溫度關系

圖4為前期脫磷效率與半鋼溫度的關系，可以看出，在1 360益以下脫磷率穩定在53%左右，半鋼溫度大于1 370益時，脫磷率隨著溫度的升高逐步升高，1 395益時達到最大83.20%，但是當溫度大于1 420益時，熔池內碳氧就會劇烈反應，爐渣泡沫化嚴重不利于渣鋼分離。因此脫磷期溫度控制在1 360耀1 400益較為合理。再次下槍吹煉脫碳，脫碳期加入石灰重新造渣將剩余磷脫至0.015%以下，終渣堿度控制在28耀3.2之間。

5.3生產周期

單渣冶煉工藝平均周期為31.46 min，少渣冶煉工藝平均周期為38.37 min，較單渣冶煉工藝周期平均延長6.91 min，主要是由于濺渣固化及固化確認多用1.63 min，裝廢鋼和兌鐵過程多用2.21 min；倒渣用多用3.07 min。通過提高冶煉操作水平減少終點后吹，縮短濺渣固化時間可縮短冶煉周期。

6　結論

少渣冶煉工藝取得較好冶金效果：產生渣量較常規單渣冶煉工藝減少約23%，石灰消耗與總渣料消耗較單渣冶煉工藝分別降低50%、44.5%，鋼鐵料消耗較單渣冶煉工藝降低約3.0 kg/t。

通過前期合理控制關鍵工藝參數：前期R：1.5耀2.0、MgO%含量5.0%耀8.0%、爐渣TFe含量控制在15%耀18%、脫磷結束溫度控制范圍1 360耀1 400益；終渣溫度合適堿度控制在2.8耀3.2可實現鋼水深脫磷，終點鋼水磷含量控制在0.015%以下。

通過提高冶煉操作水平減少終點后吹，縮短濺渣固化時間，可縮短冶煉周期。

參考文獻

[1]趙素華，潘秀蘭，梁慧智.少渣煉鋼工藝的進步與展望[J].鞍鋼技術，2008（6）：13-16.

[2]沈克強.轉爐造渣操作及其對脫磷的影響[J].冶金叢刊，2010(1): 5-7.

[3]楊文遠，鄭叢杰，杜昆，等.大型轉爐煉鋼過程的冶金反應[J].鋼鐵研究學報，2000，12（S1）：22-28.

PracticeofConverter M elting Processwith LessSlag

MENG Yi-chun
(Steel-making Plant,CapitalSteelChangzhiIron & SteelCo.,Ltd.,ChangZhi, ShanxiProvince046031,China)

AbstractIn orderto solve the problemsofhigh consumption ofslag building materialand ferrousmaterial and unstable end pointcontrol,a melting process technology with less slag was developed for oxygen top blowing converter. Production practice showed the process, compared with common single slag melting process,reduced production cost,lifted dephosphorization efficiency and improved steelcleanliness,laying foundation fortheproduction ofsteelwith supercleanliness.

Key wordslessslagmelting;singleslagmelting;consumption;process;practice

作者簡介：孟義春（1983—），男，碩士，主要從事煉鋼技術方面的研究工作。

收稿日期：2014-09-25修回日期：2014-10-21